CN109416389A - 用于电池系统的无线传感器 - Google Patents

Abstract

电池系统监控器包括单元测量电路(CMC)，均测量电池系统中的多个电池模块中的相应电池模块的一对端子处的电压或通过所述端子的电流。无线通信收发器(WCT)，均与不同CMC相关联，跨越无线通信链路传输相关的CMC的电压或电流测量信息。控制器从无线通信收发器接收电压或电流测量信息，用于监控电池系统的操作状态。电池系统监控通过不同CMC或WCT中的时钟同步来改进，以通过用于确定电池模块在电池系统的端子之间的串联耦合中的电池模块的相对位置的系统来实现多个电池模块的同步采样，并且通过改进无线通信的可靠性。

Description

用于电池系统的无线传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月28日在美国专利和商标局提交的美国临时专利申请No.62/355,733的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本主题涉及用于使用无线感测的监控电池系统操作和性能的技术和设备。

背景技术

大型电池系统越来越多地用于存储电能以备将来使用。例如，在可再生能源生产的情况下，可以使用大规模电池系统来存储所产生的能量(例如，由太阳能电池产生的能量)以供将来使用。在电动车辆(EV)的情况下，较小规模的电池系统可用于存储来自电网的能量或来自再生制动以供将来在驾驶时使用。

电池系统通常由大量单个电池单元组成。各个电池单元可以是电化学电池，并且可以串联连接以在电池系统的端子之间提供高工作电压。

电池系统的性能取决于每个电池单元的性能：如果一个电池单元性能较差，则整个电池系统的性能受到负面影响。此外，如果一个电池单元遭受故障，则其他电池单元、电池系统和/或其供电的系统可能被损坏。

因此，需要监控电池单元在电池系统中的性能，并且用于响应于所监测的性能参数来控制电池系统的操作。

发明概述

本文的教导缓解了包括大量电池单元的电池系统的一个或多个上述问题。

根据本公开的一个方面，电池系统监控器包括多个单元测量电路(CMC)，均被配置为从电池系统中的多个电池模块中的多个中测量相关电池模块的一对端子处的电压或通过相关电池模块的一对端子的电流。每个电池模块具有一对端子，并且电池模块的端子互连，使得电池模块在电池系统的第一和第二端子之间彼此串联耦合。多个无线通信收发器(每个与多个CMC中的不同CMC相关联)被配置为在无线通信链路上传输相关的CMC的电压或电流测量信息。控制器被配置为从多个无线通信收发器接收电压或电流测量信息。控制器被配置为基于从多个无线通信收发器接收的测量值来确定与电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中的CMC相关联的电池模块的相对位置。

根据本公开的另一方面，电池系统监控器包括多个单元测量电路(CMC)，每个单元测量电路被配置为测量电池系统中多个电池模块中相应电池模块的一对端子的电压或电流。每个电池模块具有一对端子，并且电池模块的端子互连，使得电池模块在电池系统的第一和第二端子之间彼此串联耦合。多个无线通信收发器(每个与多个CMC中的不同CMC相关联)被配置为在无线通信链路上传输相关的CMC的电压或电流测量信息。控制器被配置为从多个无线通信收发器接收电压或电流测量信息。多个电路元件，每个与多个CMC中的不同CMC相关联，每个都耦合在公共节点和相关的CMC的节点之间，并且每个都具有随电路元件两端的电压而变化的阻抗或电抗。每个CMC配置为测量相关电路元件的阻抗或电抗，每个无线通信收发器配置成在无线通信链路上传输相关的CMC的阻抗或电抗测量，并且电池系统控制器被配置为基于从多个无线通信收发接收的阻抗或电抗测量值在电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中确定与CMC相关的电池模块的相对位置。

根据本公开的另一方面，电池系统监控器包括多个单元测量电路(CMC)，每个单元测量电路(CMC)被配置为测量电池系统中多个电池模块中相应电池模块的一对端子的电压或电流。每个电池模块具有一对端子，并且电池模块的端子互连，使得电池模块在电池系统的第一和第二端子之间彼此串联耦合。多个无线通信收发器，每个与多个CMC中的不同CMC相关联，被配置为在无线通信链路上传输相关的CMC的电压或电流测量信息。控制器被配置为从多个无线通信收发器接收电压或电流测量信息。每个无线通信收发器或CMC都有一个时钟。每个无线通信收发器用于使其相关的CMC的时钟或时钟与其他无线通信收发器、另一个CMC或电池系统控制器的时钟同步。多个CMC中的每个CMC被配置为在根据同步时钟确定的采样时间与由多个CMC中的其他CMC执行的测量同步地测量相应电池模块的电压或电流。

根据本公开的另一方面，一种用于监控电池系统的方法包括在电池系统的控制器之间建立至少一个无线通信链路、具有多个电池模块的电池系统在电池系统的第一和第二端子之间彼此串联耦合、以及与多个电池模块的电池模块相关联的至少一个无线通信收发器。对于多个电池模块中的每一个的电压或电流测量信息跨越至少一个无线通信链路在控制器中接收到。每个电压或电流测量信息包括关于在相关电池模块的一对端子处测量的电压或电流的信息。基于为多个电池模块中的每一个接收的测量信息确定电池模块在电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中的相对位置。

根据本公开的另一方面，一种用于监控电池系统的方法包括通过单元测量电路(CMC)测量在电池系统中的多个电池模块中的相关电池模块的一对端子处的电压或电流。相关的CMC的电压或电流测量信息通过与CMC相关联的无线通信收发器在无线通信链路上传输。无线通信收发器被配置为在无线通信链路上发送相关的CMC的电压或电流测量信息之后接收接收确认，并且一旦确定在预定时间段内没有收到接收确认，无线通信收发器重新发送相关的CMC的电压或电流测量信息。

另外的优点和新颖特征将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地对于本领域技术人员在研究以下和附图时将变得显而易见，或者可以通过实施例的制造或操作来学习。通过实践或使用下面讨论的详细示例中阐述的方法、手段和组合的各个方面，可以实现和获得本教导的优点。

附图简述

附图仅以示例的方式描述了根据本教导的一个或多个实施方式，而不是作为限制。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

图1A是电池系统的高级功能框图，所述电池系统包括电池模块、单元测量电路(CMC)、无线通信收发器(WCT)、电池系统控制器。

图1B是可以在如图1A所示的电池系统中使用的WCT的高级功能框图。

图1C是可以在如图1A所示的电池系统中使用的CMC的高级功能框图。

图1D-1H是高级功能框图，示出了可以在如图1C所示的CMC中使用的各种说明性测量电路。

图2是无线网状通信网络的高级功能框图，该无线网状通信网络可以由如图1A所示的电池系统的无线通信收发器形成。

图3A-3D是包括多个电池单元的电池模块的高级功能框图，如可以在如图1A所示的电池系统中使用的那样。

图4是示出用于在无线通信网络中的无线通信收发器之间同步时钟的说明性方法的步骤的流程图。

图5A和5B是高级功能框图，示出了单元测量电路(CMC)的组件，其可以用在如图1A所示的电池系统中。

发明详述

在以下详细描述中，通过示例阐述了许多具体细节，以便提供对相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实践本教导。在其他情况下，已经相对高级地描述了公知的方法、过程、组件和/或电路，而没有详细描述，以避免不必要地模糊本教导的各方面。

这里公开的各种系统和方法涉及具有用于监控系统操作和性能的无线感测能力的电池系统。

电池系统的无线监控系统：

用于汽车(例如电动车辆、EV)、公用事业规模存储、住宅规模存储以及包括高压应用的其他应用的电池系统(或电池存储系统)包括多个电化学电池以存储能量。随着这种电池系统的储能容量的增加，电池单元的数量变得非常大。因此，电池系统可以包括数百或数千个电池单元。为了最大限度地提高电池系统的使用寿命、确保安全性、电池容量、并提供故障检测和校正，大量的电池单元可以受益于各个电池单元或电池模块级的监控和控制。电池模块可以由一个或多个电池单元形成，所述电池单元彼此串联、并联和/或其他适当的互连连接。在这种电池存储系统中对电池模块(和其中的电池单元)的控制和监控需要精确测量各个模块的电压或电流以及将测量值传送到电池系统控制器。电池系统控制器接收电池模块的测量数据、处理测量数据，并且可选地基于数据执行动作。测量数据可以包括电压或电流测量值，或者从诸如功率信息、分类信息、阈值信息等的这种测量值导出的数据或信息。这样的动作可以包括什么都不做，关闭各个电池单元或模块或整个存储系统等。这样的动作可以进一步包括控制对一个或多个电池模块的充电或放电电流、改变电池模块之间的电连接(例如，电气隔离遭受故障的模块，以减慢具有低电荷的模块的放电，以加速具有低电荷的模块的充电等)。

电池系统通常使用高电压来降低恒定功率下的电阻损耗(与电流和电阻I*R的乘积成正比)。通过以串联配置互连多个电池模块来产生高电压，以获得所需的系统电压。每个电池模块本身可以由一个或多个电池单元(通常各自具有固定的电化学电势)以串联和/或并联配置形成，以获得所需的系统电压。这种互连的示例在图3A-3D中示出。

图1A示出说明性电池系统100。电池系统100包括彼此串联耦合的多个电池模块104、106……，以在电池系统100的节点、导线或端子101和102(这里一般称为“端子”)之间形成串联堆叠。电池系统电压，作为端子101和102之间的电势差测量，可以高达千伏(1000V)或更高。此外，电池系统100内的各个电池模块104、106的电压可以升高，并且可以达到几伏到几百或几千伏的电平。结果，电池系统电压可以由端子101和102之间本地连接的一个或多个模数转换器(ADC)测量。

附加地或替代地，电池模块的电压可以由单元测量电路(CMC)108、110测量，每个模块连接到每个模块中的一个或多个电池单元的端子。CMC108、110可以包括ADC、信号调节电路或可操作以测量或调节相关电池模块104、106的电压、电流或其他电特性的其他测量电路。CMC 108、110还可以各自包括电压或电流参考电路，例如埋入式齐纳基准电压源或带隙基准电压源，以提高精度。在一些实施方案中，每个CMC包括附加的信号调节电路(可以是模拟的、数字的或其组合)，其可以对ADC提供的测量执行操作，包括抗混叠滤波、阈值处理、数字滤波、模拟滤波或RMS检测。在一些实施方案中，每个CMC测量相关电池模块(例如，104或106)的电池或多个电池两端的电压。CMC还可以执行电池系统或其子组件的其他测量，包括：用于故障检测的温度测量和/或到冷却系统的反馈；加速和/或冲击检测，以测量、记录或响应可能造成安全隐患或产品保修失效的机械冲击；通过串联电池检测电流；或者是环境声学或电磁特征的测量，其变化可能表示电池系统的性能问题。

CMC可以进一步可选地包括可操作以将电池模块与电池系统100中的电池模块的串联堆叠断开的开关(例如，通过形成绕过电池模块的电路径)，和/或限制流入或流出电池模块的电流。在这种情况下，CMC可以从电池系统控制器160接收控制信号，并且可以响应于接收的控制信号控制开关。

如上所述，每个CMC可以包括各种电路，用于测量相关电池模块的参数(例如，电压、电流、温度等)。在一些实施方案中，CMC还可以包括存储用于控制CMC功能的编程指令的处理器和/或存储器。在这种情况下，处理器可以在将参数(或处理的参数)发送到电池系统控制器160之前执行测量参数的模数转换和/或测量参数的进一步处理。

在一些电池系统中，使用具有一条或多条导线的隔离总线在CMC108、110和电池系统控制器160之间传送数据，所述导线提供与CMC连接的堆叠中的共模电池电压的隔离。隔离各种CMC提供了一定程度的安全性，并简化了CMC的电路设计，因为大多数IC工艺技术无法直接支持高电池系统电压。此外，CMC的较低工作电压提供了改进的可靠性，因为在所有其他条件相同的情况下，可靠性随着系统电压的增加而降低。

虽然隔离器和导线提供一定程度的安全性，但这种电池系统至少存在以下问题：连接到总线的隔离电路可能发生故障并导致安全故障；隔离电路和附加布线以及附加连接器增加了成本；附加布线和相关连接器容易因机械疲劳而断裂；绝缘可能会因振动而擦掉导线并导致短路故障；与CMC的通信需要直接连接到总线；总线上存在的不安全通信信号将辐射能量，这些能量可能被未经授权的用户检测到，从而产生安全威胁；隔离总线通信可以要求消息在CMC之间串行传递，直到到达端点，从而可以减少整个系统带宽。

为了解决这些缺点，图1A的电池系统100依赖于与电池系统控制器160无线通信的CMC 108、110。以这种方式，CMC 108、110可以将无线通信消息传递到在节点之间具有足够通信信道的任何无线电，同时降低高压短路故障的风险。

具体地，每个CMC 108、110具有相关联的无线通信收发器(WCT)112、114，其被配置为通过直接无线链路(例如，点对点链路)或间接(例如，多跳)链路与电池系统控制器160的无线通信收发器(WCT)150无线通信。例如，每个无线通信收发器112、114可以在无线通信链路上发送相关的CMC的电压或电流测量值，使得测量值可以传送到电池系统控制器160。在一些实施方案中，每个无线通信收发器112、114中的处理器用于压缩数据(例如，以适当的有损或无损方式)、过滤数据，否则，减少需要传输到电池控制器160的信息量，从而减少所需带宽和/或提供传输中数据的减少的等待时间。电池模块104或106、相关的CMC 108或110以及相关联的无线通信收发器112或114的组合在本文中称为电池模块组件116。

电池系统100通常在第一和第二端子101和102上具有工作电压，该工作电压超过CMC 108、110中的至少一个或无线通信收发器112、114中的一个的额定电压。例如，电池系统的工作电压可以超过100伏(例如，达到1000伏以上的电压)，而多个CMC或无线通信收发器中的每一个的额定电压远小于工作电压。例如，在以0.18μm技术实现的RFCMOS收发器中，CMC或无线通信收发器的额定电压可以等于或小于3.6伏；在使用55nm工艺技术的器件工具中，额定电压可以等于或小于2.5伏或3.3伏；根据制造工艺，在BiCmos专用ADC芯片中，CMC或无线通信收发器的额定电压可以等于或小于24伏、48伏或50伏。这样，直接在电池系统100的端子101和102上连接CMC或无线通信收发器可能导致CMC和/或无线通信收发器的损坏。为此，CMC 108、110中的每一个和无线通信收发器112、114中的每一个与电池系统的第一和第二端子101和102中的至少一个电隔离。例如，在图1A的示例中，CMC 108和无线通信收发器112与第二端子102电隔离，而CMC 110和无线通信收发器114与第一和第二端子101和102电隔离。每个电池模块104、106具有工作电压，该工作电压等于或低于每个CMC 108、110和/或无线通信收发器112、114的额定电压(例如，最大额定电压)。

为了使CMC 108、110能够与电池系统控制器160通信，同时保持彼此的电隔离，使用无线通信来可靠且安全地提供CMC与外部电池控制器之间的同时电隔离和信息连接。在图1A的电池系统100中，CMC 108、110直接或间接地将无线通信消息传递给电池系统控制器160。特别地，CMC 108和110可以向电池系统控制器160提供电压、电流、温度或其他测量数据。反过来，电池系统控制器160可以基于从CMC和相关的无线通信收发器接收的电压或电流测量来确定电池系统故障，并且可以在确定电池系统故障时关闭电池系统的操作。例如，过电压的检测可用于触发电池系统的关闭。电池系统故障也可以基于确定在CMC或相关的无线通信收发器的预定时间段内没有接收到电压或电流测量值来确定，并且可以在确定电池系统故障时触发关闭电池系统的操作。

图1B示出了无线通信收发器(WCT)170的示例，其可以用作图1A的无线通信收发器112、114或150中的一个。WCT 170包括处理器172(例如，微处理器)和提供处理能力的存储器174(例如，非易失性和/或易失性存储器)。存储器174以本说明书中描述的各种方式存储用于控制WCT 170的操作的应用程序和指令，并且处理器172被配置为执行存储在存储器174中的应用程序和指令。WCT 170还包括无线收发器171(例如，无线电收发器)，其使得WCT170能够与其他WCT(例如，图1A中的112、114、150)和/或通过网络(例如，包括其他WCT的无线网状网络)进行无线通信。如图1B所示，收发器171连接到天线，通过该天线可以无线地发送或接收数据；在其他实施例中，收发器171可以是(或包括)有线收发器。WCT 170的各种组件彼此通信地连接(例如，经由总线或其他通信线路)。

WCT 170还包括输入/输出接口178，用于从相关的CMC接收测量数据，并且可选地，用于向CMC发送控制命令。输入/输出接口178可以是CMC接口，通过该接口从相关的CMC接收测量数据，并且通过该接口将通过天线接收的控制命令中继到相关的CMC(例如，可以在图1A的WCT112和114中完成)。在其他示例中，输入/输出接口178可以用于与其他外部组件接口；例如，在图1A的WCT 150的情况下，输入/输出接口178可用于与电池系统控制器160接口，以将无线接收的测量数据中继到电池系统控制器160并从电池系统控制器160接收控制和消息命令，以便通过天线无线传输。

通常，WCT 170还包括用于控制处理器172的操作定时的本地时钟176(例如，频率参考)。在一些示例中，时钟176与相关的CMC共享，并且在这样的示例中，时钟可以位于WCT170或相关的CMC中。相同的时钟176或单独的晶体可以用于无线通信目的，以使收发器的操作与网络时钟或调度同步，将收发器调谐到特定的信道或频率以进行通信等。WCT 170可以用作用于将测量数据发送到电池系统控制器160的发送器。WCT 170还可以用作接收器，用于接收来自电池系统控制器160的控制命令，并将接收的控制命令传递给相关的CMC，或者从电池系统控制器160接收软件更新等。在一些示例中，WCT 170还用作网络通信中继点，其被配置为通过一个通信网络链路(例如，网状网络链路)接收数据包，并通过另一个通信网络链接(例如网状网络的另一个链接)重新传输收到的数据包。

为了给电池系统100提供高水平的可靠性，CMC和电池系统控制器160之间的无线通信需要是可靠的。具体地，由于电池系统100中的电池模块和相关的CMC和无线通信收发器的数量很大，即使系统元件之间的无线通信中的偶然故障也会对整个系统的可靠性产生负面影响。为确保高系统可靠性，无线通信收发器、相关通信链路和整体无线通信系统设计应提供高冗余度。

为了无线通信目的，每个CMC 108、110通信地连接到相关联的无线通信收发器112、114。由每个CMC 108、110收集的信息(例如，相关电池模块104、106的电压、电流或其他操作测量数据)因此可以转移到相关的无线通信收发器112、114。无线通信收发器112、114负责接收来自相关的CMC 108、110的数据，并通过电池系统控制器160的无线通信收发器150，通过可靠且安全的无线通信方法将信息路由到电池控制器160。在一些实施方案中，可靠性和安全性可以由诸如IEEE 802.15.4.E或IEEE802.15.4-2015的单个标准处理，或者使用其他技术拼凑在一起。在各种实施方案中，通过为信息流提供两个或更多个物理或空间通信路径来确保可靠性(例如，即使在通信路径之一不可靠的情况下，信息传输也不会中断)；通过为信息流提供两个或多个频率(或通信信道)(例如，即使在其中一个通信信道不可靠的情况下，信息传输也不会中断)；通过在无线通信收发器112或114中本地缓冲信息，使得暂时阻止的信息(例如，在有缺陷的通信路径或信道上传输的信息，或者否则未到达电池系统控制器160的信息)不会丢失，而是暂时保存在内存中以便以后重新传输；和/或通过使用包括消息确认的通信标准，使得无线通信收发器112、114知道数据何时到达目的地并且相应的信息可以从本地存储器或缓冲器中删除，或者当数据具有没到达目的地并需要重新传输。在一些实施方案中，通信信道或通信路径在无线通信收发器112、114和电池系统控制器160之间不固定，并且可以根据算法改变整个时间，使得不同的通信信道或路径可用于在无线通信收发器112、114与电池系统控制器160之间进行信息通信。在一些实施方案中，使用所有可用的通道和路径。

举例来说，可以跨无线网状网络提供无线通信收发器112、114和电池系统控制器160之间的通信。特别地，不同电池模块组件116的无线通信收发器112、114可以形成网状通信网络，其提供组件116的无线通信收发器112、114与电池系统控制器160的无线通信收发器150之间的通信链路。

图2中示出了可用于在无线通信收发器112、114和150之间提供无线通信链路的网状网络的说明性示例。网状网络的进一步示例在美国专利申请公开No.2016/0345317和No.2015/0042389中描述，其全部内容通过引用并入本文。图2示出了说明性无线网状网络200的示例。无线网状网络200使得能够从无线通信收发器212、214所在的多个CMC或感测点收集小区测量数据。收发器212和214可与图1A的收发器112和114基本相同。无线网状网络200通过使用其他CMC的无线通信收发器212、214作为通信中继点在与CMC(例如，108、110)相关联的无线通信收发器212、214与电池系统控制器260的无线通信收发器250之间建立多跳通信链路网格。电池系统控制器260的无线通信收发器250可以用作网状网络200的接入点。

从用作网络节点的远程无线通信收发器(WCT)212、214发送的数据通过使每个WCT212、214和/或250充当网络节点或网络接入点，将其数据包在拓扑上更靠近目的地，并重新传输从其他节点或靠近目的地的接入点接收的数据包。数据包的每次发送和接收称为跳，并且通常不同的数据包将通过网状网络采用不同的多跳路由。通常，由数据包(例如，数据数据包)通过网格到其目的地所采取的多跳路由取决于无线网状网络200中的路径的稳定性(例如节点和/或接入点之间的链路的稳定性)以及网络的通信时间表(例如，通信时间表分配时隙和通信信道到网络的节点和接入点并指定每个网络节点和接入点的下一个通信机会)。

无线电池系统监控的可靠性和安全性：

通过上面概述的过程，数据包可以从网络节点(例如，CMC 108、110)传送到目的地(例如，电池系统控制器260)或者与网络节点相反的方向(例如，来自电池系统控制器260)。例如，可以在网络节点中收集小区测量数据，并通过源自CMC的无线通信收发器的数据包中的无线网状网络200发送小区测量数据。另外，应用和控制数据(或其他类型的数据)可以从例如电池系统控制器260或另一网络节点向网络节点(例如，CMC)发送出去。在一些实施方案中，通过网络在每一跳确认每个数据包传输的接收，以创建极其可靠的端到端系统，通常具有99.999％的可靠性。在这样的实施例中，数据包在发送器和接收器之间的每次传输(例如，在两个节点之间、在两个接入点之间、或在节点和接入点之间)包括由发送器传输数据包、由接收器接收数据包、在接收机成功接收到数据包之后将接收数据包的确认从接收机发送到发射机。在这样的实施例中，如果发送器没有接收到接收确认，则发送器可以在无线网状网络200的相同链路(在相同的频率上，并在相同的接收器上)或不同链路(在不同的频率上，和/或在不同的接收器上)上重传数据包，直到接收到确认。

例如，根据上述原理，具有电池模块串联连接的电池系统的监控或控制可包括用于测量电池模块的串联堆叠中的第一电池模块的第一参数(例如，电压、电流、温度等)的步骤，将第一参数无线传输到第一通道上的第一接收器，接收已接收到第一参数信息的确认，并且，在没有接收到接收确认的情况下执行参数的重传，其中，参数的重传在第二信道和/或第二接收器上执行。第一参数的传输和重传之间的时间优选地短于服务质量度量所需的速率，因此即使特定的通信链路不可靠，也存在足够的时间用于至少一次重传，同时维持(或以其他方式不会产生负面影响)服务质量度量。在各种示例中，空间、时间和信道(例如，传输频率)分集中的至少一个为电池控制器的第一接收器提供第一参数的传输机制，其具有大于没有所述分集的可靠性。在各种其他示例中，无线传输是以下之一：近场RF、远场RF、磁、声或红外；每个无线传输都由预期的接收器确认；和/或仅在WCT业务的一部分上执行重传。

无线网状网络200可以包括集中式网络管理器260b。网络管理器260b负责控制无线网状网络200的操作。例如，网络管理器260b可以建立和控制网络定时(例如，通过设置网络时钟，根据该网络时钟，网络中的所有节点彼此通信)。网络管理器260b还可以通过选择性地将节点和接入点加入网络来确定哪些设备(例如，节点和接入点)可以参与网络，将网络地址(或其他唯一标识符(ID))分配给已加入的设备，并通过为网络的不同设备分配带宽来为网络设置通信时间表。通信时间表可以将时隙和信道对分配给网络的设备(例如，无线节点212、214和AP 250)，从而识别哪个设备可以在网络时钟的每个时隙期间在每个信道上进行通信。另外，通信时间表可以分配形成“加入监听”带宽的时隙和信道对，在此期间，寻求加入网络的无线节点可以发送网络加入消息，并且在此期间已经加入网络的无线节点监听这种网络加入消息。以这种方式，通信时间表包括分配给(或分配给)连接到无线网状网络的无线节点的带宽，以及分配给(或分配给)当前未加入无线网状网络的节点的带宽。在一些实施例中，网络管理器260b可以形成电池系统控制器260的一部分。

在一些实施方案中，没有使用网络管理员；相反，将预定的通信时间表应用于节点。

无线网状传感器网络200还包括一个或多个接入点(AP)250，其是桥接无线网络和有线接口的设备。AP 250可以从无线网络的节点212、214无线地接收数据包，并且可以通过有线网络将这些接收到的数据包发送到管理器260b。更一般地，AP 250提供无线网状传感器网络200和电池系统控制器260之间的接口。这样，AP 250可以从无线节点接收无线数据包，并将这些数据包发送到由电池系统控制器260执行的管理器260b或各种应用260a。AP250还可以从管理器260b或应用260a接收数据包，并且通过无线网状网络200将这些数据包转发到目的地无线节点212、214。

虽然已经关于图2描述了说明性无线网状网络作为一种网络，其可以在所考虑的电池系统100中的无线通信收发器112、114与电池系统控制器160之间提供无线通信连接，或者可以使用其他无线网络拓扑。下面详细描述在电池系统100中提供通信能力的无线网络的其他特征。

为了确保电池系统100内的信息通信不受损害，通过采用加密技术从外部窃听或控制加密WCT 112、114和电池系统控制器160之间的无线通信来提供无线通信的安全性。为此目的，每个WCT 112、114包括处理器，该处理器被配置为在通过无线通信链路传输数据之前加密从相关的CMC接收的测量数据。处理器还被配置为解密由WCT从电池系统控制器160接收的数据和控制指令。为了提供加密功能，WCT和电池系统控制器160存储加密和解密密钥。可以使用各种加密模式，包括私钥加密；公钥加密；一个只使用一次的数字(nonce)，例如一个联接计数器，以防止重放攻击；为每个WCT提供访问控制的唯一标识符；网络标识符(ID)或电池系统标识符(ID)，以允许多个电池系统在与不同实体相同的无线电空间内操作；消息认证；或者，使用热噪声源生成用于安全密钥的随机种子。

WCT 112、114、电池系统控制器160和电池系统控制器160的WCT 150可以使用共享时间参考同步操作或者使用单独和非同步时钟异步操作。在收发器同步操作的情况下，每个收发器中的时钟可以通过收发器之间的无线通信彼此同步。例如，基于由WCT 150发送到无线网络的定时信息，各个WCT 112、114的所有收发器可以与WCT 150或电池系统控制器160的主时钟同步。然后可以使用公共时钟或本地时间感来提高认证安全性。在这种情况下，WCT网络包括使用数据包交换同步的公共时钟或时间感，以及应用于第一和第二WCT之间的无线事务的定时测量。在WCT同步他们的时钟之后，例如，在电池系统100的最终组装时，在WCT之间保持常时的时间误差在定时误差内。在一个WCT停止与另一个WCT通信的情况下，例如因为一个WCT被重置，WCT从无线电范围或任何其他适用的原因转移，一个WCT将尽可能尝试与其他WCT重新加入通信链路或网络(例如，在重置之后，一次返回无线电范围等)。一个WCT和另一个WCT之间的常识时间保持在定时误差内，并且根据WCT内的两个本地时钟之间的频率失配随时间发散。因此，在知道定时误差和有界时钟漂移的情况下，可以计算时变安全参数以用于增强安全性。例如，一个WCT可以在安全握手中将其本地时间感发送给另一个WCT；如果来自一个WCT的本地时间感与来自另一个WCT的本地时间感不同超过阈值，则第二WCT可以被拒绝安全凭证并且被阻止加入网络。在一些系统中，如上所述的时间不匹配感与其他安全技术(例如随机数或加密通信)结合使用。

在一些实施方案中，通过监控电池系统100内的WCT之间形成的网状网络的连通性来增强电池系统100的安全性。各个WCT可以跟踪到电池系统控制器160的连接丢失、延迟连接、断开网络或重置网络。WCT可以将该信息无线地中继到电池系统控制器160。

在一些实施方案中，通过配置电池系统控制器160来增强对电池系统100的安全性，以提供对一个或多个被拒绝的加入WCT之间建立的网状网络的尝试的响应。在这种情况下，电池系统100完全组装并正常工作，WCT通过无线网络(例如，无线网状网络200)与电池控制器160通信。如果交叉WCT试图通过尝试加入网络来破坏网络(例如，200)的安全性，使得交错WCT可以将损坏的数据发送到电池系统控制器160(例如，出于恶意目的)，第一次网络连接尝试由交叉WCT使用无效的安全凭证执行。例如，不正确的安全密钥、不正确的随机数、不在访问控制列表上的媒体访问控制(MAC)标识符(MACID)、或者无效的消息完整性代码(MIC)或循环冗余校验(CRC)可以在第一次连接尝试中使用。包括安全凭证的加入请求可以由交叉WCT发送到网络，并且响应于接收到加入请求，网络元件(例如，已经接收到加入请求的网络WCT，或者网络管理器(例如，260b))处理请求并基于无效的安全凭证拒绝请求。另外，在确定应该拒绝加入尝试时，从交叉WCT接收加入请求的WCT执行以下动作：递增计数器，保持跟踪失败的加入尝试；和/或向电池系统控制器160发送报告失败的连接尝试的消息。电池系统控制器160收集失败的连接尝试的报告，并且根据预定的算法，当多个失败的连接尝试(或确定失败的连接尝试的速率)超过阈值时，采取安全响应。电池系统控制器160采取的安全响应可以包括禁用电池系统100，禁用电池系统的一部分(例如，一个或多个电池模块或电池模块组件)，警告操作员电池已尝试安全攻击；将消息发送到中央数据仓库存储库，其中记录失败的安全尝试；禁止将新的WCT加入网络；等等。

电池系统100的安全性可以通过监控在电池系统100内的WCT之间形成的网状网络(例如，200)的连接来增强安全指示符并在安全指示符被断言的情况下获取安全响应。例如，安全指示器可能包括在电池系统的最终组装之后的连接丢失或网格改造事件；响应可以是将电池系统置于故障安全模式或通过电测量检查电池完整性。

为了提供可靠的电源，电池系统100优选地设计成具有高水平的可靠性。作为提供可靠操作的一部分，电池系统100的组件之间的通信是重要的。确实，通信可靠性可以是电池系统的关键部件，因为缺少监控信息可能需要发出抢先的安全故障，导致电池系统的关闭和重大的最终用户影响。当大型电池系统100中存在大量CMC/WCT时，可靠性甚至更为重要。可以使用例如Zigbee、蓝牙、超宽带(UWB)通信、近场通信(NFC)或IEEE 802.11.X的单通道协议的射频(RF)通信技术来执行无线通信。在一些实施方案中，在电池系统的机械组件提供用于通信的光路的情况下，无线通信方法是使用光电二极管或光电晶体管的红外发送和接收；在这样的示例中，机械组件具有与电池壳体内部的反射光兼容的光洁度，以允许建立光通信链路。在一些实施方案中，电池系统的机械组件是金属容器，对红外线是不透明的，具有透明窗口以允许IR辐射流入和流出壳体。在一些实施方案中，其中电池模块组件刚性地附接到框架，从而允许声传播、无线通信方法是超声波。

如上所述，包括一个或多个电池单元、CMC和WCT的电池模块的组合形成电池模块组件116。电池模块组件具有正端子和负端子，用于耦合到电池系统100中的电池模块的串联堆叠中的其他电池模块组件。电池模块104、106(或电池模块组件116)的端子之间的电压差在适合于操作和测量CMC电路108、110的电压范围的电池模块中。

尽管图1A说明性地示出了每个电池模块104、106作为单个电池单元，但更一般地，电池模块104、106可以包括彼此并联和/或串联连接的一个或多个电池单元。例如，图3A-3D示出了可以包括在电池模块(例如，104、106)内的各种说明性电池单元配置。在图中，圆圈表示每个电池模块中CMC的电压和/或电流测量的潜在位置。在一些实施方案中，电池模块内的多个节点电压和/或电流由CMC测量。与仅包括单个电池的电池模块相比，图3A-3D中所示的说明性电池模块的电池单元的每个配置提供增加的电池能量输出。每个电池单元配置还具有适合于商业生产的CMC及其部件的工作电压范围并与之兼容的电压范围。例如，电池单元可具有锂聚合物化学物质。

在各种实施方案中，CMC和与同一电池模块相关联的无线通信收发器(WCT)共同位于同一电路板上，共同位于单个半导体衬底上(例如，单芯片解决方案)，或者封装在混合模块中，例如低温共烧陶瓷(LTCC)模块、微模块、系统级封装或其他类似系统。在一些实施方案中，每个CMC和/或WCT的供电操作的电功率取自CMC监控和/或控制的一个或多个电池单元。例如，CMC和WCT可以由来自它们是监控的电池模块的端子的电力供电。或者，CMC和WCT可以通过单独的电源总线、通过能量收集环境能量(收集热量、振动、RF、EMI或其他电力)、或通过专用电源(例如纽扣电池)供电。

图1C示出了单元测量电路(CMC)180的示例，其可以用作图1A的CMC 108或110之一。CMC 180可以包括处理器181、存储器182(例如，易失性存储器和/或非易失性存储器)，并且可选地包括时钟184。存储器182以本说明书中描述的各种方式存储用于控制CMC180的操作的应用程序和指令，并且处理器181被配置为执行存储在存储器182中的应用程序和指令。时钟184(例如，频率参考)用于控制处理器181的操作的定时。在一些示例中，时钟184与相关联的WCT共享，并且在这样的示例中，时钟可以位于CMC180中或相关联的WCT中(例如，时钟176)。

在一些实施方案中，在WCT(例如，170)和CMC(例如，180)之间共享某些功能元件。例如，同一处理器可以控制WCT和相应CMC的操作；存储器可以在WCT和CMC之间共享，例如，使CMC能够将测量数据存储在存储器中，并使WCT能够从存储器中检索测量数据，以便通过无线通信链路进行传输。其他功能块，例如乘法器、时钟、寄存器、总线、存储器，可以在CMC和相应的WCT之间共享。

如图1C所示，CMC 180还包括测量电路186，其可包括用于测量相关电池模块的节点之间的电压或流过相关电池模块的电流的电路。在某些实施例中，测量电路186可以附加地或替代地用于测量电路元件的阻抗或电抗。测量电路186通信地耦合到处理器，以使处理器能够从中获得测量数据；在各种例子中，模数转换器(ADC)用于将测量电路的模拟测量转换成提供给处理器181的数字输出。测量电路186可以在处理器181的控制下工作，并且在一些示例中，可以执行响应于从处理器181接收的触发信号的测量。

图1D-1H示出了可以在不同的单元测量电路中使用的测量电路186的各种实现。图1D-1H中所示的测量电路是说明性的，并且根据本公开的原理也可以使用其他测量电路。

在图1D中，说明性测量电路包括ADC，例如逐次逼近寄存器(SAR)、Δ-∑ADC、闪速ADC或其他单端ADC，其耦合在电池模块(例如，图1A的电池模块104或106)的两个节点191和192之间。ADC可以耦合在电池模块的上端和下端之间，或者可选地，耦合在电池模块的内部节点之间。测量电路包括提供给ADC的电压参考193。在操作中，ADC对其输入端子191和192处的电压进行采样，相对于参考193转换电压，并输出数字信号194(例如，多位数字信号)。数字信号194被提供给CMC180的处理器181，用于与相关联的WCT 170通信，或者直接传送到相关的WCT 170。在各种实施方案中，参考193可以在ADC或者离散分量内部(如图所示)。

在图1E中，说明性测量电路测量位于电池模块的电流路径中的电阻元件(例如，如图所示的电阻器195，或寄生布线电阻或其他电阻元件)上的电压。例如，电阻元件可以串联连接到电池模块(如图所示)，或者位于电池模块内部的电流路径中。ADC(可以是SAR ADC、Δ-∑ADC、闪速ADC等)对电阻元件的端子上的电压进行采样，并且结合参考(ADC内部或其外部，如图1D所示)，提供数字输出测量。数字输出测量指示流过电阻元件的电流的幅度，并且被传送到相关联的WCT 170。

图1F示出了说明性测量电路，其中差分端ADC(例如SAR ADC、Δ-∑ADC、闪速ADC等)耦合在电池模块之间。在一些实施方案中，还提供了参考(例如，193)。ADC对输入端的电压进行采样，并将电压转换为数字值。数字测量值被传送到WCT(例如，170)。

图1G示出了另一个说明性测量电路，其中使用了单端或差分ADC。出于说明的目的，ADC通过所示的滤波器耦合到相关电池模块，作为包括电阻器和电容器的低通滤波器。或者可以使用其他过滤器。因此，ADC在其输入端接收电池模块中的滤波版本的信号。ADC对其输入端子处的电压进行采样，将电压转换为数字测量信号，并将数字测量传送到WCT(例如，170)。在一些实施方案中，由滤波器提供的信号调节赋予低通滤波(如图所示)；在其他实施例中，可以使用替代滤波器电路来提供抗混叠滤波器功能、RMS(均方根)检测、高通滤波、阈值处理或其他适当的信号调节。在一些实施方案中，信号调节包括有源器件，而在其他实施例中(例如为了说明的目的，在图1G中示出)，仅使用无源器件。

在图1H中，说明性测量电路包括耦合在电池模块和振荡器197之间的变容二极管196(例如，可变电容器)，振荡器197具有响应变容二极管196的电容的频率。变容二极管196的电容器响应电池模块两端的电压。计数器耦合到振荡器197，并使用例如连接到网络时钟(或其他时间参考)的定时器对在已知时间长度内发生的振荡器输出信号的周期数进行计数。由计数器输出的计数被提供给WCT(例如，170)并且表示与电池模块相关联的电压。

电池模块的WCT 112、114和电池系统控制器160之间的通信是无线地执行的。电池系统控制器160包括耦合到电池系统控制器160的WCT 150，并且通过该WCT 150接收来自CMC的信息。取决于所使用的无线通信模态，WCT 150可以具有天线、光电二极管、声换能器或其他接收或发送元件。WCT 150的接收/发送元件可以位于电池系统外壳内，或者接收/发送元件可以位于电池系统外壳的外部，并且使用电池系统外壳的非理想隔离特性(例如，RF泄漏、声耦合等)与位于外壳内部的其他WCT(例如，WCT112、114)通信。电池系统控制器160包括处理器、存储器和非易失性存储器，并处理从CMC 108、110接收的信息以控制电池系统100的充电、放电、负载平衡、冷却或安全功能。

在一些实施方案中，使用网状网络在电池外壳内的WCT之间进行通信，通过补偿电池外壳内的时间和空间变化的RF传播特性来提供可靠的通信。在这方面，诸如电池系统外壳的封闭环境中的通信与许多其他通信系统有所不同，包括部分屏蔽外部EM辐射和多径传播。当WCT封装在诸如普通电池系统外壳的RF不透明容器中时，发生WCT的部分屏蔽。部分屏蔽提供一些抵抗外部干扰的能力，例如无线通信上的欺骗和窃听。然而，外壳提供的屏蔽质量取决于RF信号的频率以及外壳接近法拉第笼的程度。在这方面，壳体中的任何开口，包括用于隔板连接器的开口，允许无线信号的路径传播进出壳体。屏蔽通常被认为是任何无线通信链路，其中两个WCT必须能够相互通信。在一些实施方案中，WCT使用低频磁通信，其在通信发生在近场电磁(EM)传播域中的杂乱环境中具有改善的传播特性，并且具有通过金属物体的更好的传播特性。在其他实施例中，WCT使用工业、科学和医学无线电频带(ISM频带)或波长小于电池外壳尺寸的射频。

在WCT使用较高频率RF信号的实施方式中，使得RF信号在远场域内的电池系统壳体内部传播，电池系统外壳可以作为射频镜，从壳体内壁反射多次传输信号。反射可能导致多径衰落以及符号间干扰(ISI)。由于反射信号之间的解构干扰，多径衰落导致电池系统外壳内的一些位置使接收的RF功率下降到零或接近零。在这些地方，某些通信链路可能无法实现、不可靠或质量差。在这种情况下，选择不同的信道通常足以避免多径零点，因为零位的位置取决于外壳的几何形状和传输的特定频率。然而，由于电池系统外壳的机械尺寸随着温度和振动(以及容器的任何其他变形)而变化，因此在一个位置及时工作的通道不能保证在一个位置及时处理所有实例。从而，在一些实施方案中，WCT使用信道跳变来提供对多径衰落的鲁棒性并考虑时变信道脉冲响应行为。在一些实施方案中，以比服务质量(QOS)度量定义的所需速率更快的速率执行信道跳变，使得如果特定信道不可靠，则在到达由QOS度量定义的响应时间段结束之前，仍有足够的时间尝试在一个或多个其他信道上进行传输。例如，QOS度量可以包括要求电池系统控制器160每5秒至少一次从每个CMC(或每个电池模块组件)接收电压和/或温度状态。在该示例中，为了确保满足QOS度量，过度供应用于确保在5秒时间段内提供多个数据传输机会(包括在不同信道或频率上的传输机会)，例如通过每1秒从每个CMC向电池系统控制器160提供更新的测量数据。在一些实施方案中，电池外壳的内部涂有RF吸收涂料、泡沫或任何其它适当的材料，以吸收入射在外壳上的一部分RF能量，从而使多径传播的量最小化。在一些实施方案中，空间分集用于通过允许信息的网格路由来通过外壳内的其他WCT提供到期望目的地的多个不同路线来补偿外壳内的RF传播缺陷。

在一些实施方案中，电池系统外壳内的多径传播具有引起符号间干扰(ISI)的特性。例如，ISI可能发生，因为多径信道脉冲响应的传播时间在RF信号的比特周期的数量级上(或者更多)。为了减弱ISI的影响，可以采取各种手段，包括i)用RF吸收材料涂漆或以其他方式应用于壳体内部，ii)以较低数据速率通信，iii)在无线电链路中使用均衡器来补偿非理想的信道响应，和/或iv)使用不易受ISI影响的调制技术，例如正交频分复用(OFDM)或超宽带通信技术。

确定电池模块在电池系统中的位置：

如上所述，电池系统100可以包括在端子101和102之间串联连接的大量电池模块。反过来，每个电池模块104、106连接到相关的CMC 108、110，并且WCT 112、114被配置为测量和无线传输电池模块的电压、电流或其他特性。在一些示例中，WCT和CMC还可以被配置为从电池系统控制器无线地接收测量或控制命令，并且根据所接收的命令来控制CMC或相关电池模块的操作。在两种情况下，可能希望知道在终端101和102之间的串联堆栈中给定电池模块(或与电池模块相关联的CMC或WCT)的位置。例如，位置信息可用于电池系统故障的识别或诊断，或电池系统的一部分的关闭操作。

为了确定每个电池模块在端子101和102之间的串联堆叠中的位置，并且为了识别与每个确定的电池模块相关联的CMC和WCT，可能需要大量的努力。例如，为了手动执行这样的确定，在电池系统100的制造和组装期间需要执行每个电池模块、CMC和WCT的目录，并且每个CMC和/或WCT都需要在编目期间记录唯一标识符以供将来参考。因此，根据下面描述的系统和方法提供了确定电池模块在串联堆叠中的相对位置的更有效方法。

根据用于确定电池模块108、110在端子101和102之间的串联堆叠中的相对位置的第一方法，提供了CMC和/或WCT之间的精确时间同步。具体地，使用无线事务将第一WCT(例如，112)与第二WCT(例如，114)同步，以高精度地同步WCT的内部时钟。例如，第一和第二WCT可以彼此同步到100μs内；在另一示例中，WCT可以在彼此的1μs、100ns或Ins内同步。一旦两个或更多WCT准确同步，同步时钟可用于触发相关的CMC以使用改进的时间感来执行附加测量和/或控制。通过这种方式，两个或更多个电池模块可以具有由它们各自的CMC同步测量的参数(例如，电压、电流或其他)。因此，CMC可以被配置为重复地并且同步地对相应的电池模块进行采样(例如，通过使用ADC来感测电池模块的输出电压)。反过来，同步捕获的样本被无线地传送到电池系统控制器160，在那里执行采样后分析。在一个示例中，采样后分析包括计算同步捕获的样本之间的互相关(或其他适当的信号处理操作)以确定样本之间的测量中的伪像的相对发生时间。然后可以基于所确定的相对定时信息来确定串联堆栈中的电池模块的顺序。具体地，来自两个不同CMC的样本中的伪像的定时延迟随着串联堆叠中的相关电池模块之间的距离而增加。这样，电池模块的相对接近度可以根据来自不同电池模块的样本中的伪像的定时的相对接近度来确定。可以采用许多样本来提高相对位置确定的准确性，尽管有噪声，并且以类似于采样示波器的方式改善定时的分辨率。此外，假设ADC采样开关快速且表现良好，由ADC测量的电压可以以相对简单的方式在时间上同步到小于1ns。注意，如本文所使用的，伪像是指电压的变化、电流的变化、或者通过电池模块的串联堆叠传播的其他测量参数的变化。例如，响应于在端子101和102上施加的负载的突然变化或者在端子101和102上施加的功率的突然变化(例如，由向电池系统100提供充电功率的充电器施加的功率信号的变化)，可以发生伪像。

根据上述各种方法，电池模块的串联堆叠中的电池模块的相对电气位置可以通过执行测量第一电池模块的第一参数的步骤来确定，第一参数对电池模块的串联堆叠中的位置敏感，并且将第一参数无线传输到第一接收器。测量第二电池模块的第二参数，第二参数对电池模块的串联堆叠中的位置敏感。第二参数无线传输到第二接收器。处理第一和第二接收参数以提供串联堆叠中的相对模块位置的确定。在一些例子中，第一和第二参数的测量包括多个同步ADC样本的测量；第一和第二参数中的每一个的测量包括测量指示相对于底盘的共模电压的值；第一和第二参数中的每一个的测量包括测量指示信号的接收信号强度的值，该信号的至少一部分通过电池导体传导；第一和第二接收器是相同的接收器；和/或第一和第二接收器是网状网络的一部分，并且第一或第二接收器中的至少一个将接收的消息中继到第三接收器。

上述技术可用于确定电池系统100中电池模块的串联堆叠中电池模块的相对顺序或位置。更一般地，然而，可以使用类似的方法来并行地确定电池模块的位置(例如，在图3A中所示的布置中，或者图3B和3D中所示的布置之一)。在这方面，彼此并联耦合的模块可以几乎同时显示测量伪像。使用各个CMC提供的控制功能，可以确定电池模块在不同并联支路中的位置。详细地，控制功能可用于使CMC断开相应的电池模块、绕过电池模块或其电池单元、或调节电池模块或电池上的负载。使控制功能开启和关闭(例如，相应的电池模块或单元断开)之间的测量差异可用于确定电池模块或单元位于电池系统内的位置。例如，如果使用控制命令电断开一个并联支路，那么该支路中的所有模块或单元将不会表现出对伪像的正常响应。相同的技术也可以确定串联的模块或单元位置。例如，如果使用控制命令功能绕过模块或单元，则该模块或单元将不会表现出对伪像的正常响应。

为了在不同WCT中的本地时钟之间提供精确的定时同步，可以在两个(或更多个)WCT之间使用双向消息事务。具体地，可以通过使数据位的传输与发送器上的本地时钟同步并在同步点存储或发送时钟的值来发送定时信息。可以通过以下中的一个或多个来估计到达时间来接收定时信息：i)在对未恢复数据进行操作的时钟恢复循环中对信号求平均，其中，信号表示接收数据比特的相位，以提供接收时间的度量，或ii)使用来自用于处理基带信号的数据恢复系统的I/Q星座去旋转信息(即，相位、频率或其组合)，以将数据包的接收时间估计提供到比不使用去旋转信息时更精确的数量，或iii)任何其他适当的衡量接收时间的方法。

例如，假设两个WCT N1和N2具有dF的相对(计时)频率差(例如，两个WCT的时钟频率在dF上不同)。在一些实施方案中，用于计时的时钟也用于为无线电接收、传输或两者中使用的本地振荡器提供参考。如果两个节点共同定位(即节点之间没有传播时间延迟)，则可以预期看到dF*tT的时间误差，其中tT是有效时间段的长度，在此期间频率差被整合到时间误差中，并且是数据包长度和数据包事务之间的时间的函数。最初，数据包从WCT N2发送到WCT N1，每个数据包以离开的时间戳(根据N2的本地时钟)和接收的时间戳(根据N1的本地时钟)发送。其次，使用相反的消息传送方向，使得数据包从WCT N1发送到WCT N2，每个数据包以离开的时间戳(根据N1的本地时钟)和接收的时间戳发送(根据N2的本地时钟)。由于此处的角色已被反转，因此由频率差异引起的定时误差将标记为-dF*tT。因此，相反方向上的测量值的平均值因此为零，表示WCT之间的零距离。但是，如果设备在空间上是分开的，则会有与两个方向相关联的传播时间，这将不会被取消。因此，通过计算样本的平均值，可以从这两个交易中测量传播时间。反过来，确定的传播时间用于调整两个WCT的时钟的相对定时，以便通过补偿RF信号传播时间来同步一个或两个WCT的本地时间感(即时钟)。以这种方式，WCT N1和N2的时钟尽管处于不同的位置并且尽管处于多径环境中但是进入更好的同步。

例如，如图4所示，在时间t_{P1_tC1}(P1：数据包1；t：发送；C1：根据节点N1的时钟C1的时间戳)，第一数据包P1从WCT N1发送到WCTN2。在时间t_{P1_rC2}(P1：数据包1；r：接收；C2：根据节点N2的时钟C2的时间戳)在WCT N2接收第一数据包。类似地，发送和接收第二个数据包P1，并与时间戳t_{P2_tC1}和t_{P2_rC2}相关联。在相反的方向上，第三和第四数据包从WCT N2发送并在WCT N1处接收，并且具有相关的时间戳t_{P3_tC2}、t_{P3_rC1}、t_{P4_tC2}和t_{P4_rC1}。传播时间(pt)是通过平均所有数据包x的采样时间之间的差值来确定的：pt＝avg(t_{Px_rC？-tPx_tC？})，其中在两个方向上传输了相同数量的数据包(N1-＞N2，和N2-＞N1)。注意，符号C？表示通过从每个数据包的接收时间戳减去发送时间戳而不管使用哪个时钟(C1、C2)来进行平间计算。一旦传播时间(pt)已知，如果tP_{1_rC2}-t_{P1_tC1}≠pt，则时钟C1和C2未对准。因此可以将其中一个时钟调整为等于(t_{P1_rC2}-t_{P1_tC1}-pt)的量，以使时钟同步。因此，可以在电池系统100中的所有WCT之间成对地周期性地重复上面和图4中详述的时钟的同步，以确保时钟随时间保持同步。

我们在此注意到，有助于对抗多径衰落和ISI等信道损害的技术通常不会提供改进的定时分辨率，因为这些技术对纯传播时间延迟是透明的：仅使用这些技术就无法观察到时间延迟。在一些实施方案中，不执行往返测量，因为所需的同步精度较小并且简单的时间数据包接收测量就足够了。在一些实施方案中，频率跟踪环路、相位跟踪环路或其组合用于使一个WCT的时钟响应于测量的定时和/或频率偏差来跟踪另一个WCT的时钟的时间保持特性，例如美国专利No.8,953,581中所公开的，该专利的全部内容通过引用结合于此。在各种实施方案中，包含在数据包中的定时信息，包括数据包的接收时间、数据包的传输时间、或者在接收和发送数据包之间的周转时间(例如，由本地时钟或计数器测量)，用于测量RF传播的时间；在一些实施方案中，发送包含测量结果的单独数据包；在一些实施方案中，本地存储这些信息中的一个或多个。

使用前述方法，可以精确地同步不同WCT的时钟之间的相对频率和定时。一旦建立了同步，时钟就可以用于使与WCT相关联的CMC同步采样相关电池模块。在这方面，通常，相对于时钟同步操作采样的时间越接近，累积定时误差的时间越少。例如，在一些实施方案中，每个WCT中有一个5GHz时钟可用作WCT的收发器的本地振荡器。使用这个本地振荡器，其被相位锁定到由晶体振荡器产生的本地频率参考，每个CMC可以产生ADC采样信号，以同步采样相关电池模块上的电压差(或通过承载电池模块工作电流的导体的电流)。在一些实施方案中，ADC和RF合成器位于同一集成电路上，以提供维持精确定时信息的低功率装置。通过在每个电池模块中同步执行多个采样操作并交叉相关或以其他方式比较在不同电池模块中获得的测量，系统可以确定哪个电池模块首先在堆栈中(例如，连接到终端101或102之一)，并确定堆栈中剩余电池模块的顺序，因为电流将比通过电池组的光速慢一些，并且使用可以直接测量电流的精确同步的ADC或者与电流相关的度量(例如电池电压)来测量电流的传播。

我们注意到，只要ADC采样操作在时间上准确同步，每个CMC中执行的实际转换时序的差异就不那么重要了。此外，堆叠中的各种电池模块组件之间的高带宽ADC采样前端(或至少良好匹配)是有益的，因为ADC组延迟的不匹配可以表现为感兴趣的信号中的传播延迟。如果各个ADC(包括任何前置运算放大器/滤波器等)之间的群延迟变化不可忽略，则会直接增加定时误差。通过将已知测试信号同步注入ADC输入，测量采样延迟并在最终测量中补偿此误差，可以通过确定特定ADC本地的群延迟来纠正此错误。如此收集的定时信息或定时信息的处理版本在WCT内本地使用或者使用无线通信可用于电池控制器。

根据用于确定电池模块108、110在端子101和102之间的串联堆叠中的相对位置的第二种方法，使用电场传感器确定电池模块堆叠内的每个电池模块的位置。例如，可以使用电场(E场)传感器。在这些情况下，电场传感器感测公共节点(例如，电池系统中所有模块共用的机壳接地)与CMC本地节点之间的电场强度。例如，具有电压系数的电子部件，例如具有电压系数的电容器、高压变容二极管、场可控电阻器(例如，放置在由电介质隔开的扩散电阻器上的金属电极)、或者寄生场晶体管对电场敏感。测量相关参数(例如，变容二极管或电容器的电容、可变电阻器或场晶体管的电阻或电导)。

例如，如图5A和5B所示，具有非零电压系数的电气电路元件可以是电容器505、电阻器555或其他阻抗或电抗元件。具有非零电压系数的电路元件指示电路元件的阻抗或电抗随电路元件两端的电压而变化。可以使用配置成使用该元件来设置电压增益的运算放大器电路来测量具有电压系数的电组件505/555的相关参数(例如，阻抗或电抗)。如图5A和5B所示，运算放大器(运算放大器)501和551以配置连接，以便根据电容器503和505的电容比(图5A中)、电阻器553和555的电阻比、或更一般地电子元件的阻抗和/或电抗的比率(其中一个具有电压系数)来确定增益。因此，增益随着器件505和555的电容、电阻、阻抗和/或电抗的值而变化，其本身根据器件505和555两端的电压确定。出于测量目的，通过信号源V_stim施加已知输入电压的刺激，并测量运算放大器电路的增益。增益由ADC测量，通过WCT传输到电池系统控制器160，并用于电池系统控制器160，以根据电子元件的电压系数计算共模电位。特别地，由于该参数对电池模块和共模(例如，机箱)之间的共模电压敏感，所以可以基于在电池系统控制器160中通过其相关联的WCT从每个CMC接收的报告参数测量值来确定堆栈中电池模块的顺序。具体地，电池系统控制器160可以通过例如按升序对估计电压列表进行排序来比较从不同CMC接收的参数测量值。排序列表指示终端101和102之间的串联堆栈中的CMC(和相关电池模块)的顺序。

如图5A和5B所示，电子元件505/555具有连接到CMC的一个端子和连接到电池系统100中的所有模块共用的底盘或接地的另一个端子。因此，电子元件505/555是可以维持电压等于电池系统100的工作电压而不会损坏或损坏的部件。注意，图5A和5B仅示出了CMC的一些组件，并且CMC通常将包括图中未示出的附加组件。

根据第三种方法，使用通过电池系统导体的RF衰减的测量来确定电池模块在电池模块堆叠内的位置。例如，在一个实施例中，一个电池模块的下部电源(V_SS)端子连接到堆叠中相邻的另一个电池模块的上部电源(V_DD)端子。在第一CMC处，RF探测信号(例如，在ISM频带中)交流耦合到其上部电源(V_DD)终端，而在第二CMC处，RF接收器交流耦合到下部电源(V_SS)终端。由于RF探测器信号通过一个或多个电池单元的传播将导致丢失，因此电池模块上的RF接收器远离(例如，在串联堆栈中电气远离)施加RF探测信号的点将报告接收信号强度(RSS)，该信号强度具有比电池模块处的RF接收器更低的功率，电接近于施加RF探针信号的点。因此，每个CMC可以将在其相关电池模块中测量的RF探针信号的RSS报告给电池系统控制器160。具体地，通过WCT将测量的RSS数据无线地报告给电池系统控制器160，并且通过对所有RSS测量进行排序，在电池系统控制器160中确定电池模块的相对位置。在这方面，根据为每个电池模块接收的RSS测量的顺序确定电池模块堆叠内的电池模块的位置顺序。

在一些实施方案中，平衡-不平衡变换器或变压器用于在V_DD和PCB本地或CMC本地的其他接地平面上的金属板之间耦合RF信号，其将用作与耦合导体相关的“rfgnd”节点。在另一个实施例中，可以在每个CMC的V_SS端子和本地电池模块V_SS之间放置电阻器或扼流圈，以使V_DD/金属板的RF路径成为对V_DD/V_SS的优先阻抗，其将通过电阻器/扼流圈。在一些实施方案中，WCT的RF收发器用于RSS测量，而不是在CMC中提供单独的收发器。

不同电池模块中的同步测量：

使用上述方法，电池系统100的不同WCT或CMC中的时钟可以高精度地同步。同步时钟可以用于通过每个CMC执行同步采样。具体地，由电池系统100执行的电压测量、电流测量或测量操作可以利用WCT提供的同步定时信息来执行步骤：将第一和第二WCT同步到定时误差(例如，100μs)内；在第一WCT指示的第一时间进行第一电池模块的第一次测量；并且在由第二WCT指示的第二时间进行第二电池模块的第二次测量，其中第一次和第二次与定时误差同步。第一和第二测量值无线传输到电池系统控制器的收发器，并且一旦在电池系统控制器中接收，电池系统控制器就处理第一和第二测量值。根据从多个无线通信收发器接收并由多个CMC同步测量的电压或电流测量值之间的数学关系，可以处理测量结果以确定电池模块的相对充电状态。根据从多个无线通信收发器接收并由多个CMC同步测量的电压或电流测量值之间的数学关系，可以处理测量结果以确定多个电池模块中的误差状态。

根据各种示例，在电池模块或电池单元电压上、在电池模块或电池单元电流上、在电池模块或电池单元的温度等上执行同步测量。可以在测量和无线传输之间进一步处理测量。测量结果可以通过网状网络无线传输到电池系统控制器，并且在这样的网络中，当消息通过网络传输到电池系统控制器时，与第一和第二电池模块中的一个相关联的至少一个无线通信收发器可以中继从电池模块的另一个的收发器接收的消息。

在一些实施方式中，电池模块的串联堆叠内的电池模块的位置不需要在制造电池系统时记录。相反，可以确定系列堆栈内的位置，并且存储该信息以供以后使用。位置信息可以与唯一的序列号相关联地存储，例如WCT的MACID或与每个电池模块相关联的CMC的标识符，并且存储以供电池系统控制器稍后使用。在一些实施方案中，WCT之间的定时同步用于在多个不同的CMC中同步地执行ADC采样测量。我们注意到，可以使用不那么严格的定时感来采样较慢带宽的信号(例如，在10到ns的10到10微秒之间的同步)。例如，可操作地连接到电池组的逆变器可以具有10kHz的工作频率。在100μs逆变器周期期间，通过电池的电流分布可能显着变化。通过同步电池组中所有电池模块的ADC电压采样，可以更准确地比较电池容量，因为所有电压都是同时测量的-实际上是相同的电流水平。

所有电池模块的同步采样与样本测量不同步的情况形成对比。在这种情况下，CMC可以采样高电压或低电压，这取决于在电流变化时测量样品的时间。由于电流的变化，在非同步采样情况下通常需要更多样本来确定与电流变化无关的平均电压电平。通过对所有电池模块进行同步采样，电池电压测量所需的样本更少。因此，可以提供更快的电池控制器状态信息更新，以及更快的电源管理控制环路和更低的能量消耗。

在一些实施方案中，逆变器连接到电池系统的端子101和102，以提供由电池系统输出的直流(DC)功率到可变交流(AC)功率的变换。交流电可用于例如牵引电动机控制或为家用或工业电网提供动力。逆变器以周期性或准周期性方式操作，并且CMC对电池模块的参数的采样与外部信号同步，例如从逆变器模块提供的信号，其指示在整个电池系统或其一部分中对参数进行同步采样的期望时间。

在一些实施方案中，流过电池系统的电池模块堆的DC或AC电流在第一位置处测量，该第一位置可以在电池系统的外部或内部，使用电池导体的受控或已知电阻上的电压降、霍尔效应传感器、感应传感器(例如Rogowski线圈)或任何其他适当的电流测量技术。由WCT提供的时间同步允许与电池系统的各种电池模块中的电流测量同步地对电池电压进行采样。给定通过电池模块堆栈的电流和电池系统两端的电压的同时测量，可以计算电池系统的瞬时阻抗：Z(k)＝V(k)/I(k)。通过以这种方式收集额外的电阻测量值，可以执行傅里叶分解(例如，DFT、FFT等)以产生频率相关的电池阻抗，其可以被绘制为阻抗与频率的关系图。对于一些电池化学物质(例如，锂离子)，由于电池单元的扁平放电特性，直接测量电池电压提供了对电池状态的不良估计，在这些和其他情况下，具有频率相关的电池阻抗估计(例如，内部电阻和内部电抗)提供了对充电状态的基本上更好的洞察，从而允许改善电池容量的利用、改善寿命和提高安全性。

在一些实施方案中，在通过WCT将数据无线传输到电池系统控制器之前，执行CMC中的测量数据的本地处理。例如，可以在本地收集和处理各种统计数据，包括计算平均值、最大值、最小值或均方根(RMS)、阈值等，以便在本地使用或者无线地发送到电池控制器。在一个示例中，本地计算的值可以用于使CMC能够例如通过抛出旁路开关来作用于本地检测的温度或电压故障，以便绕过电池单元而不需要涉及电池系统控制器。

在一些实施方案中，电池模块组件(例如，116)内的局部时间感，例如由如上所述通过WCT的同步校正的本地时钟确定的时间感，用于由电池模块的CMC执行的时间戳测量(例如，对电压或电流测量进行时间戳)。相应的时间戳可以应用于在电池模块组件外部和/或电池系统外部制造的样品。例如，流过电池系统的端子101和102的电流可以由位于电池系统或其壳体外部的电流测量电路测量。这样，因为CMC与电池系统控制器都是时间同步的，所以与每个电压或电流测量样本相关联的时间戳可以用于识别和处理同步样本，即使信息到达电池控制器的顺序不是顺序的(例如，如果样本是无序接收的，例如由于WCT和电池系统控制器之间的不同无线通信路径之间的可变延迟)。

在一些实施方案中，来自WCT的消息以优先级字段发送以指示消息的优先级。与具有低时间临界性的长期监控消息相比，通过发送消息的CMC或WCT可以为具有不利安全隐患的消息(例如电池电压故障)分配更高的优先级。在网状网络中，当消息被分配更高的优先级时，该消息在接收WCT接收时被识别，并被安排在拓扑上更多地向电池控制器重新发送，其优先级由剩余带宽和要发送的任何附加消息的优先级确定。

在一些实施方案中，对WCT或CMC的软件或固件更新可用于解决软件或固件的部署版本中的缺陷或使用现有硬件提供新的或改进的特征。软件更新被提供给电池系统控制器160，其使用通信地耦合到电池系统控制器160的WCT无线地将软件更新发送到电池系统内的WCT。在接收到新软件的完整且经验证的图像(例如，使用循环冗余校验(CRC)、消息完整性校验(MIC)或其他认证技术验证)时，每个WCT向电池系统控制器发送确认。当电池系统控制器确定所有WCT已经接收并验证了软件更新时，通过更新WCT和/或CMC的非易失性存储器中的数据，同时将更新应用于所有WCT和/或CMC。通过使用来自每个WCT的确认来确认在应用软件更新之前接收到软件更新，避免了电池模块组件的一部分被升级并且一部分保留有遗留代码的情况。这是有益的，因为不同版本的软件可能彼此不兼容。

在一些实施方案中，通过CMC监测电池单元或电池模块，并使用测量的电池参数(电流、电压、温度)和电池的型号估算电池单元或电池模块中剩余的能量或者电荷量。测量模块或单元中的能量是有用的，因为可以调整电池以使用开关重新配置电池模块和电池单元的网络以更均匀地消耗电池系统中的电池之间的电力，从而通过改变电池系统内的电池负载来补偿不匹配。这种不匹配补偿可以在本地(使用WCT或CMC的处理器)执行，其中报告信息被发送到电池系统控制器，或者关于电池负载均衡的决定可以由电池系统控制器本身完成，测量数据从CMC发送到电池系统控制器，在电池系统控制器处执行的处理，以及由此产生的控制命令无线地发送到电池系统中的适当的WCT和/或CMC。

如果CMC和/或WCT检测到故障状况，则CMC和/或WCT可以自主地采取措施。故障状况可以指示在与CMC或WCT、与另一个电池模块或与电池系统、或与CMC和/或WCT(例如，不能测量参数)相关联的电池模块中发生故障。该动作可以由CMC和/或WCT自主地采取，而无需基于CMC和/或WCT内本地包含的算法接收来自电池系统控制器的批准或指示，并在故障条件之前确定。在自主动作之后，WCT向电池系统控制器发送消息，包括故障类型、采取的动作以及包括定时的任何其他适当信息。例如，如果CMC通过测量指示损坏的电池的参数(例如，温度、电压、电流等)来检测到条件，则CMC可以自动触发开关，从电池模块中电气移除有问题的电池单元，并在有缺陷的电池周围重新布线电池导体。可用于检测这种故障状况的事件包括电压的突然和意外变化、电池温度的快速升高、或者在定义的可接受参数值空间之外的电压或温度测量。在一些实施方案中，在电池模块提供的电力不足以进行操作的情况下，辅助电源可用于WCT。在各种实施方案中，使用纽扣电池，使用辅助电池，使用与相邻电池模块的连接，使用超级电容器或能量收集器(例如，压电/振动或热能收集器、感应线圈传感器等)。

在一些实施方案中，当WCT未在预定的预期时间或时间段内向电池系统控制器报告信息时，发生故障状况。在这种情况下，当在该时间段期间没有从WCT接收到数据时断言故障，导致在断开的通信链路的两侧发生动作。在一个实施例中，使用开关将与导致故障的WCT相关联的电池模块置于安全模式以绕过电池模块。同时，电池系统控制器记录通信失败并执行记录违规WCT的标识符的动作，例如WCT的MACID或电池模块堆栈内的WCT的位置。如果故障继续或之后是与同一WCT相关的第二故障，则电池系统控制器进入安全模式，以便可以对电池系统进行修理。

每个WCT和/或CMC可以包括在制造的集成电池电路的最终测试(例如，通过自动测试设备或ATE)处编程的唯一标识符，例如媒体访问控制(MAC)ID或序列号。由于各种原因，包括跟踪质量控制；库存跟踪；仅使用有效的OEM组件(例如，作为防止伪造部件的一部分)的验证；保持再制造单位的历史；提供对访问控制列表的支持，以提供除加密之外的额外安全性；因此唯一的数字可能是有益的。当电池模块形成电池系统的一部分或者如果电池模块从电池系统中移除时，这种唯一标识符可用于唯一地识别电池模块(或相关的CMC或WCT)。当使用加密通信查询时，唯一标识符以无线方式通信，以避免窃听、欺骗或其他恶意攻击。在一些实施方案中，在电池模块或电池系统的制造商通过将期望的MACID传送到WCT或CMC然后将该信息提交到与WCT或CMC相关联的非易失性存储器的最终测试之后安全地分配唯一标识符。

在一些实施方案中，WCT可以用作库存管理系统的一部分。多个电池模块放置在具有连接到库存管理系统的第二WCT的位置。连接到库存管理系统的第二WCT安全地识别并连接到电池模块的WCT，并且能够下载模块历史、唯一标识符、充电状态、过压和欠压历史、极端温度等。库存管理系统查询CMC报告的每个WCT的充电状态，并在CMC确定需要对电池模块进行充电时向操作员发送警报(因为某些电池可能会因特定充电水平的扩展存储而受损)。在一些实施方案中，第二WCT可用于将软件更新转移到WCT或CMC，作为库存管理过程的一部分。

在一些实施方案中，WCT具有允许WCT加入多个网络的安全凭证。安全凭证包括至少两个网络标识符(ID)、唯一设备标识符(例如，MACID)和允许加入两个或更多个网络中的每一个的连接密钥。安全凭证包括与先前已分配WCT的电池系统控制器通信的凭证，以及至少一个库存网络的凭证。库存网络可以是位于制造地点、存储地点、再制造地点、服务中心或在多个电池系统存在的位置无线安全地访问电池模块或电池系统的能力的任何其他情况的网络。与电池模块相关联的第一WCT搜索可以为其具有凭证而加入的可用网络。如果未找到与所分配的电池系统控制器相对应的网络ID但是找到了库存网络ID，则WCT加入库存网络。如果仅找到电池系统控制器网络，则WCT仅加入电池系统控制器网络。如果找到电池系统和库存网络，则WCT根据WCT的本地控制或在一些实施方案中位于电池系统控制器中的网络的网络管理器的决定加入任一网络或两个网络。当加入库存网络时或之后，WCT发送状态数据，该状态数据可以包括充电状态、温度、MACID和/或任何其他适当的数据。与库存网络的通信可以被安排在库存(例如，24小时)中以较长间隔发生以节省电力。在一些实施方案中，“闪烁”模式可用于不频繁地发送数据，如美国专利申请公开No.2016/0345317中所述，该专利申请以引用的方式整体并入本文。在该实施例中，要发送数据的WCT侦听来自其想要发送数据的网络的通信；使用安全密钥加密要发送的数据；将数据发送到同一网络内的另一个WCT；接收链路层确认；然后，回到睡眠状态，直到需要发送下一个数据包。这种报告技术在不需要不频繁地报告数据的情况下(例如在库存管理应用中)提供显着降低的功耗和减少的无线电通信量。

在一个实施方案中，电池系统内的每个WCT被无线地分配与电池系统控制器相关联的网络ID。电池系统控制器具有唯一的MACID，可防止相邻网络加入或窃听控制器的网络。在制造期间，将公共网络ID编程到跨多个电池系统的所有WCT中。接下来，向电池模块和相关联的WCT分配的电池系统控制器提供唯一的网络ID，该网络ID可以从唯一号码列表生成，或者可以由例如网络管理员的MACID的低8字节的字符串设置。接下来，使用公共网络ID将电池系统控制器的唯一网络ID无线地传送到电池系统中的其他WCT。在接收到WCT已经全部接收到要分配的新网络ID的确认时，新网络ID被提交给本地存储在每个WCT中的非易失性存储器。然后使用新的唯一网络ID重置和重新构建网络。为了防止网络管理器和非目标电池组件之间的通信，可以使用各种技术，包括：降低通信功率以限制无线信号到本发明电池系统及其外壳的传播距离；访问控制列表，包括网络管理器将与之通信的目标WCT MACID的列表，其可以通过光学扫描指示电池系统或其外壳上的MACID的条形码来识别。

在一些实施方案中，WCT连续搜索通过网络到电池系统控制器160的其他潜在路径。WCT还可以或可选地连续搜索路径质量度量。WCT在本地存储其他潜在路径信息和/或路径质量度量信息，将信息发送到网络管理器，更拓扑地向电池系统控制器或连接到电池系统控制器的WCT发送该信息。路径质量度量是通信链路的鲁棒性的度量，并且可以指示接收信号强度(RSSI)、链路质量指示符、路径稳定性(例如，已确认的已传输数据包的百分比)或信噪比(SNR)。在任何节点之间发生路径故障的情况下，可以快速分配已检测到的路径，以在本地或由网络管理器替换发生故障的路径。此外，通过连续路径质量优化，可以尝试新发现的路径，并且如果证明其质量优于已经使用的路径，则可以在本地或由网络管理器交换出来。

在一些实施方案中，根据包括用于每个通信的时间和信道(例如，频率信道)的调度(例如，帧)来执行无线通信。在一些实施方案中，根据第一时间表和第二时间表执行无线通信，其中至少一个可在活动和非活动状态之间调整。在非活动状态中，调度信息由WCT维护，但不用于通信。当激活非活动时间表时，可以使用额外的带宽和无线通信链路。这种双调度通信的好处是可以快速调整网络带宽以允许增加吞吐量或降低延迟，而不必传播新调度或调整现有调度(这需要时间、通信带宽和功率)，因为时间表已经存储在本地并且只是等待激活。调度在制造时，初始网络形成，随时间传播到WCT，或者作为网络管理器的网络整理/配置过程的一部分。在一个实施例中，第一帧具有WCT留在网络中所需的最小数量的时隙，并且第一帧始终是活动的；第二帧包含更多数量的通信时隙，这是允许高频和/或低延迟数据报告流动所需的。一旦需要不同的网络通信特性(例如带宽、等待时间、可靠性等)，通过从网络管理器传播指示应激活第二帧的无线命令，就激活第二帧，例如当电池正在使用时。当网络通信特性再次改变以需要较低的通信要求时，第二帧被停用以节省能量并减少无线流量。

在一些实施方案中，多个接入点用于提供额外的系统带宽或可靠性。双接入点(AP)系统具有两个WCT，向电池系统控制器提供信息(例如，如图2所示)，每个WCT用作具有单独位置的AP，从而提供空间分集。这种系统在电池系统控制器或网络管理器与与电池系统内的CMC相关联的WCT之间提供改进的无线连接。也可以使用单个AP网络。

在一个实施方案中，电池系统的电池模块内的WCT具有唯一的网络ID、连接密钥、密码或其他安全凭证，使得在彼此的无线电通信范围内的电池系统(例如，停放在停车场内的两辆车相邻停放的电池系统)不通过WCT无线连接到非授权的电池系统或电池系统控制器。

在一些实施方案中，与WCT或CMC相关联的非易失性存储器用于存储校准参数(例如，ADC的比例因子校正、参考温度系数或频率参考校准)；标识(例如，硬件或软件的版本号)；制造日期，再制造日期，最后维护日期或任何其他适当的日期或时间；或者指示操作空间中的期望操作点的任务简档，包括：如何对小区充电(时间/容量的百分比)；电池如何放电(放电深度％)；充电时允许的最高温度；应用水准算法的阈值；硬件配置参数(例如，表示电池模块内单元配置的一条数据(例如，类似于图3A-3D的拓扑)。这些参数的本地存储可以提供对无线通信的减少的通信要求，因为WCT和CMC所需的一些信息存储在本地并立即可供使用，无需从电池系统控制器传输。

除非另有说明，否则本说明书中阐述的所有测量值、值、额定值、位置、大小、尺寸和其他规格，包括在随后的权利要求中，都是近似的，而不是精确的。它们旨在具有与它们所涉及的功能以及它们所属领域中的惯例一致的合理范围。

保护范围仅受现在的权利要求限制。该范围旨在并且应当被解释为与根据本说明书和随后的起诉历史解释并且包含所有结构和功能等同物而在权利要求中使用的语言的普通含义一致时。尽管如此，没有一项权利要求旨在包含不满足专利法第101、102或103节要求的主题，也不应以这种方式解释它们。特此放弃对此类主题的任何无意的拥抱。

除非上文所述，否则任何已陈述或说明的内容均无意或应被解释为致使任何组成部分、步骤、特征、对象、利益、优势或等同于公众的奉献，无论其是否在权利要求中叙述。

应当理解，除非本文另有说明的具体含义，否则这里使用的术语和表达具有与其相应的相应研究和研究领域相关的这些术语和表达的普通含义。诸如第一和第二之类的关系术语可以仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性包含，使得包括元素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些元素，而是可以包括未明确列出的或者这种过程、方法、物品或装置固有的其他元素。在没有进一步限制的情况下，由“一”或“一个”继续的元素不排除在包括该元素的过程、方法、物品或装置中存在另外的相同元素。

提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开的本质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出，为了简化本公开，各种特征在各种实施例中被组合在一起。该公开方法不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。而是，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此并入详细描述中，每个权利要求自身作为单独要求保护的主题。

虽然前面已经描述了被认为是最佳模式和/或其他示例，但是应当理解，可以在其中进行各种修改，并且本文公开的主题可以以各种形式和示例实现，并且该教导可以应用于许多应用中，这里仅描述了其中的一些应用。所附权利要求旨在要求保护落入本教导的真实范围内的任何和所有应用、修改和变化。

Claims (34)

1.一种用于监控电池系统的电池系统监控器，所述电池系统具有多个电池模块，每个电池模块包括一对端子，其中所述电池模块的端子互连，使得所述电池模块在所述电池系统的第一和第二端子之间彼此串联耦合，所述电池系统监控器包括：

多个单元测量电路(CMC)，均被配置为测量相关电池模块的一对端子处的电压或通过相关电池模块的一对端子的电流；

多个无线通信收发器，均与所述多个CMC中的不同CMC相关联，并且被配置为通过无线通信链路发送关联CMC的电压或电流测量信息；和

控制器，被配置为从所述多个无线通信收发器接收所述电压或电流测量信息，

其中所述控制器被配置为基于从所述多个无线通信收发器接收的测量来确定与所述电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中的CMC相关联的电池模块的相对位置。

2.权利要求1所述的电池系统监控器，其中所述多个CMC中的每一个和所述多个无线通信收发器中的每一个与所述电池系统的第一和第二端子中的至少一个电隔离。

3.权利要求2所述的电池系统监控器，其中跨越所述电池系统的第一和第二端子的电池系统的工作电压超过所述多个CMC中的至少一个或所述多个无线通信收发器中的一个的额定电压。

4.权利要求3所述的电池系统监控器，其中跨越所述电池系统的第一和第二端子的电池系统的工作电压超过100伏，并且所述多个CMC中的至少一个或所述多个无线通信收发器中的一个的额定电压等于或小于25伏特。

5.权利要求1所述的电池系统监控器，其中每个电池模块包括在所述电池模块的一对端子之间串联或并联耦合的多个电池单元。

6.权利要求1所述的电池系统监控器，其中所述控制器被配置为基于从所述多个无线通信收发器接收的电压或电流测量信息确定电池系统故障，并且在确定所述电池系统故障时导致所述电池系统的操作关闭。

7.权利要求1所述的电池系统监控器，其中所述控制器通过执行以下步骤确定与所述电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中的CMC相关的电池模块的相对位置：

识别从第一无线通信收发器接收的电压或电流测量的时间序列中的伪像；

识别从第二无线通信收发器接收的电压或电流测量的时间序列中的伪像；

比较从所述第一和第二无线通信收发器接收的电压或电流测量的时间序列中识别的伪像的出现时间；和

基于所述时间序列中识别的像素的比较时间，确定和与所述第一和第二无线通信收发器相关联的CMC相关联的电池模块的串联耦合中的相对位置。

8.权利要求7所述的电池系统监控器，其中：

所述伪像是由所述电池系统的第一和第二端子处施加的信号或负载的变化引起的电压或电流测量的时间序列的突然变化；和

所述确定包括确定与其中更早发生伪像的CMC相关联的电池模块位置更靠近与其中更晚发生伪像的CMC相关联的电池模块相比所述电池系统的第一和第二端子中的一个。

9.权利要求7所述的电池系统监控器，其中：

所述伪像是由所述电池模块的串联连接处施加的信号或负载引起的电压或电流测量的时间序列的突然变化；和

所述确定包括确定与其中更早发生伪像的CMC相关联的电池模块位置在与其中更晚发生伪像的CMC相关联的电池模块相比所述电池系统的串联连接处施加的信号或负载处。

10.权利要求1所述的电池系统监控器，其中：

每个无线通信收发器或CMC具有时钟，

每个无线通信收发器可操作以将其时钟或相关CMC的时钟与另一个无线通信收发器、另一个CMC或控制器的时钟同步，和

所述多个CMC中的每个CMC被配置为在根据同步时钟确定的采样时间处与由所述多个CMC中的其他CMC执行的测量同步地测量相应电池模块的电压或电流。

11.权利要求10所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器可操作以将其时钟或相关CMC的时钟同步到跨越所述无线通信链路的其他无线通信收发器、其他CMC、或控制器的时钟的100ns内。

12.权利要求10所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器可操作以通过执行以下步骤来同步其时钟或相关CMC的时钟：

测量在无线通信收发器和另一个无线通信收发器之间传输的数据包的传播时间；

确定测量的传播时间是否等于在无线通信收发器和其他无线通信收发器之间传输的数据包的传输时间戳和接收时间戳之间的差值；和

如果所述测量的传播时间不等于时间戳之间的差值，则调整所述无线通信收发器的时钟。

13.权利要求12所述的电池系统监控器，其中测量在无线通信收发器和其他无线通信收发器之间传输的数据包的传播时间包括：

记录从无线通信收发器发送到其他无线通信收发器的第一数据包的传输时间戳和接收时间戳；

记录从其他无线通信收发器发送到无线通信收发器的第二数据包的传输时间戳和接收时间戳；和

计算所述传播时间作为所述第一和第二数据包中的每一个的传输时间戳和接收时间戳之间的差值的平均值。

14.权利要求10所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器可操作以将其时钟或相关CMC的时钟同步到跨越所述无线通信链路的其他无线通信收发器、其他CMC、或控制器的时钟的100ns内。

15.权利要求10所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器跨越所述无线通信链路传输时间戳用于电压或电流测量的相关CMC的电压或电流测量信息。

16.权利要求10所述的电池系统监控器，其中所述控制器被配置为根据从所述多个无线通信收发器接收并由所述多个CMC同步测量的电压或电流测量之间的关系来确定所述多个电池模块的相对充电状态。

17.权利要求10所述的电池系统监控器，其中所述控制器被配置为根据从所述多个无线通信收发器接收并由所述多个CMC同步测量的电压或电流测量之间的关系来确定所述多个电池模块的误差状态。

18.权利要求10所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器可操作以通过执行以下步骤来同步其时钟或相关CMC的时钟：

记录传输时间戳，指示从无线通信收发器发送到其他无线通信收发器的第一数据包的传输时间；

从所述其他无线通信收发器接收指示在其他无线通信收发器接收第一数据包的时间的接收时间戳；和

根据与所述第一数据包相关联的传输时间戳和接收时间戳之间的差值来调整所述无线通信收发器或相关CMC的时钟。

19.权利要求10所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器包括频率跟踪环路或相位跟踪环路，可操作以跟踪其他无线通信收发器、其他CMC或控制器的时钟的时间保持特性。

20.权利要求10所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器存储用于认证所述电池系统的其它无线通信收发器的时变安全参数。

21.权利要求1所述的电池系统监控器，还包括：

多个电路元件，每个电路元件与所述多个CMC中的不同CMC相关联，每个电路元件耦合在公共节点和相关CMC的节点之间，并且每个电路元件具有随跨越所述电路元件的电压而变化的阻抗或电抗，

其中每个CMC被配置为测量相关电路元件的阻抗或电抗，每个无线通信收发器被配置为跨越所述无线通信链路传输所述相关CMC的阻抗或电抗测量，并且所述控制器被配置为基于从所述多个无线通信收发器接收的阻抗或电抗测量来确定与所述电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中的CMC相关联的电池模块的相对位置。

22.权利要求21所述的电池系统监控器，其中所述电路元件是电容器，每个电容器的电容根据跨越所述电容器的电压而变化。

23.权利要求21所述的电池系统监控器，其中每个CMC包括：

运算放大器电路，包括与CMC相关的电路元件，并且具有随所述电路元件的阻抗或电抗而变化的增益；和

模数转换器(ADC)，被配置为测量所述运算放大器电路的增益，

其中每个无线通信收发器被配置为跨越所述无线通信链路发送相关ADC的增益测量。

24.权利要求21所述的电池系统监控器，其中所述控制器确定与CMC相关联的电池模块以从所述多个无线通信收发器接收的增加的阻抗或电抗测量的顺序定位在所述电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中。

25.权利要求1所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器存储与所述电池系统的其他无线通信收发器通信所需的第一安全凭证和与库存管理系统通信所需的第二安全凭证。

26.权利要求1所述的电池系统监控器，其中每个无线通信收发器还被配置为跨越无线通信链路发送相关的CMC的电压或电流测量信息之后接收接收确认，并且在确定在预定时间段内未收到接收确认时，重新传输所述相关CMC的电压或电流测量信息。

27.一种用于监控电池系统的方法，所述电池系统具有在所述电池系统的第一和第二端子之间彼此串联耦合的多个电池模块、以及与所述多个电池模块的电池模块相关联的至少一个无线通信收发器，该方法包括：

在所述电池系统的控制器之间建立至少一个无线通信链路；

在所述控制器处从所述至少一个无线通信链路接收所述多个电池模块中的每一个的电压或电流测量信息；和

基于所述多个电池模块中的每一个接收的测量信息确定所述电池系统中电池模块的相对位置。

28.权利要求26所述的方法，其中确定所述电池模块在电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中的相对位置包括：

识别所述电池模块接收的电压或电流测量的时间序列中的伪像；

识别第二电池模块接收的电压或电流测量的时间序列中的伪像；

比较从第一和第二电池模块接收的电压或电流测量的时间序列中识别的伪像的出现时间；和

基于所述时间序列中识别的像素出现的比较时间，确定所述第一和第二电池模块的串联耦合中的相对位置。

29.权利要求26所述的方法，还包括：

在跨越所述至少一个无线通信链路的控制器中，接收所述多个电池模块中的每一个的阻抗或电抗测量，其中每个阻抗或电抗测量是与对应的电池模块相关联的相应电路元件的阻抗或电抗的量度，所述相应电路元件耦合在所述公共节点和所述相关电池模块的节点之间，并具有随跨越所述电路元件的电压而变化的阻抗或电抗，

其中确定所述电池模块在所述电池系统的第一和第二端子之间的串联耦合中的相对位置是基于所述多个电池模块接收的阻抗或电抗测量。

30.一种监控电池系统的方法，包括：

通过单元测量电路(CMC)测量在所述电池系统中所述多个电池模块中的相关电池模块的一对端子处的电压或通过所述端子的电流；

通过与CMC相关联的无线通信收发器，传输跨越所述无线通信链路的相关的CMC的电压或电流测量信息；

确定所述无线通信收发器是否在跨越所述无线通信链路发送相关的CMC的电压或电流测量信息后接收到接收确认；和

在确定在预定时间段内未收到接收确认时，通过所述无线通信收发器重新发送相关的CMC的电压或电流测量信息。

31.权利要求29所述的方法，还包括：

在控制器中，所述控制器被配置为从所述无线通信收发器以及从与所述电池系统的第一和第二端子之间彼此串联耦合的其他相应电池模块相关联的其他无线通信收发器接收电压或电流测量信息，基于确定在无线通信收发器的至少一个无线通信收发器的预定时间段内未接收到电压或电流测量信息来确定电池系统故障；和

在确定所述电池系统故障时，所述控制器使所述电池系统的操作停止。

32.权利要求29所述的方法，还包括：

在所述无线通信收发器确定在预定时间段内没有接收到接收确认时，在与用于发送该信道的信道不同的通信信道上、在与用于传输电压或电流测量信息的路线不同的路线上、或在与电压或电流测量信息所传输的设备不同的设备上从无线通信收发器处重新发送电压或电流测量信息。

33.权利要求29所述的方法，还包括：

通过无线通信收发器建立与电池系统的另一个电池模块相关联的至少一个其他无线通信收发器的通信链路；和

通过所述无线通信收发器和控制器之间的多个不同路由进行通信，该控制器被配置为从无线通信收发器和与所述电池系统的其他相应电池模块相关联的其他无线通信收发器接收电压或电流测量信息，其中所述多个不同的路由包括延伸通过与不同的电池模块相关联的其他无线通信收发器的至少一个路由。

34.权利要求29所述的方法，还包括：

根据多个通信时间表中的一个选择性地操作无线通信收发器，其中，所述多个通信时间表的第一通信时间表能够进行无线通信收发器的更低功率操作和到或来自无线通信收发器的低数据吞吐量，并且所述多个通信时间表的第二通信时间表能够进行无线通信收发器的更高功率操作和到或来自无线通信收发器的更高数据吞吐量。